Автор: Ружинский Юрий Иванович.
Категория: квадроцикл, схема 4х2.
Название: «Чёрный лебедь».
Год создания: 2015.
Тип транспортного средства: лыжно-колёсное ТС с велосипедным приводом.
Основное назначение: опытно-экспериментальный прототип.
Передняя подвеска: есть (ход – 80 мм, усилие сжатия – 520 Н).
Задняя подвеска: нет.
Система управления: цепная.
Передние лыжи: 2 шт., деревянные, длина - 2.025 мм, ширина - 50 мм.
Задние колёса: 2 шт., стальные, диаметр по ободу – 580 мм, реборды – 36 шт., высота реборд – 16 мм.
Рама: хребтовая, стальная, труба квадратного сечения 40х40 мм.
Масса квадроцикла: 32,6 кг.
Тип трансмиссии и наличие передач: с промежуточной планетарной «Shimano Nexus», 3 передачи.
Передаточные числа трансмиссии: I – 0,75; II – 1,00; III – 1,25.
Скорость на передачах (каданс 60), км/ч: I – 7,8; II – 10,4; III – 13,0.
Тормоз: внутривтулочный, с педальным приводом.
Размеры: длина, мм – 2.680
ширина, мм – 800
высота, мм – 970
клиренс, мм - 200
колея, мм – 335
ширина следа, мм – 50х2
база, мм – 1.180
Угол поворота лыж, градусов – 52
Радиус поворота, м – около 2,5 (в зависимости от степени проскальзывания лыж).
Масса, приходящаяся на заднюю ось, кг (%) – 56, 6 (53), при массе пилота 75 кг.Удельная нагрузка на грунт, кг/см2 - 0,053Особенности, отличительные черты ТС: в отличие от снегоходов с гладким ведущим колесом-пневматиком, мой квадрик совершенно лишён склонности к пробуксовке. Даже при сравнительно неширокой колее, более устойчив, чем прототипы лигерады (особенно на малых скоростях). Использование двух узких лыж более предпочтительно, чем одной широкой монолыжи от сноуборда.
+ Ведущие задние колёса идут строго по колеям, проложенным передними лыжами, что снижает общее сопротивление движению и создаёт хорошее упорное основание для поперечных колёсных реборд. Использование полноразмерных лыж позволяет достичь минимальной удельной нагрузки на поверхность. Стальные колёса с развитыми грунтозацепами обладают максимально возможным сцепными характеристиками (в т.ч. и на чистом льду). Низкий центр тяжести.
- Большое общее сопротивление движению, отсутствие наката, необходимость частой обработки беговой поверхности лыж мазями, высокая утомляемость и повышенные требования к экипировке, не всегда адекватное поведение в поворотах. Большая длина квадрика не имеет значения в поле, но очень ощутима при выезде из помещения, пересечении дорог и тротуаров и т.д.ПРЕДЫСТОРИЯ.Всё началось практически год назад с темы
«Лигерад-снегоход», где я в посте
№ 10 высказал свою версию наиболее оптимальной конструкции велоснегохода. Т.к. проект обещал быть не очень сложным, решил воплотить его в жизнь. При этом изначально было понятно, что никакой практической пользы от него нет, так, чисто экспериментальная проверка моих предположений. Зима на Украине весьма условна: либо кратковременные сильные морозы до –20 оС (когда все сидят дома), либо снежная оттепель (как сейчас), кататься особо негде и некогда. Вообще я счастлив, что в моей жизни есть время и возможности для материализации многих совершенно «непрактичных» вещей.
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ.Рама. Для рамы использована банальная квадратная труба 40х40х2,0 мм длиной 1.135 мм. Передняя втулка выточена под пром. подшипники. Вал точёный, звёздочка и шатуны приварены наглухо. Спереди имеется резьбовое отверстие для рукоятки. Задняя часть рамы через косынки соединяется с П-образным кронштейном, в который вставлена (и наглухо заварена) планетарная втулка. К боковым лепесткам кронштейна на болтах М12 крепятся щёчки с задней осью на подшипниках. Т.о. образом задний мост можно легко отсоединить от рамы (трансмиссии) и заменить его на другую (перспективную) конструкцию.
Трансмиссия. Построена на классических велосипедных узлах и понятна с фотографий. В тринсмиссии использованы 4 звёздочки: I – ведущая (педальная, 22 зуба), II – входная (планетарная, 18 зубьев), III – выходная (планетарная, 22 зуба), IV – ведомая (на оси заднего моста, 17 зубьев). Передаточные числа планетарной передачи «Shimano Nexus»: I – 0,75; II – 1,00; III – 1,25.
Следует признать, что мой практический опыт, основанный на многолетней эксплуатации колёсного (летнего) трайка, сыграл со мной злую шутку. А именно: я недооценил степень сопротивления движению лыж по снегу, поэтому заложил слишком оптимистические параметры скорости и, соответственно – передаточные числа трансмиссии (о чём будет сказано ниже). И первая моя модернизация будет касаться замены ведомой (IV) звёздочки с 17 на 22 зуба, что несколько повысит тяговые характеристики трансмиссии (примерно на 23 %). К сожалению, для более «зубастой» звёздочки уже не хватит места.
В трансмиссии использована в качестве промежуточной трёхскоростная планетарная передача, которая обеспечивает хоть какой-то динамический диапазон, а также свободный ход и тормоза. Использовалась старая планетарка с самой первой версии моего трайка. Модернизация планетарки заключалась в изменении передачи крутящего момента не через спицы, а через выходную звёздочку. Для этого на спицевые ободки была надета цельнотянутая водопроводная труба на три дюйма (внутренний диаметр 68 мм, В=4), которая имела всего лишь на 1 мм больший диаметр. Через картонные прокладки я точно выставил трубу по оси и приварил её точками по кругу с обеих сторон. Чтобы не перегреть внутреннюю смазку, варил по 3 точки с промежуточным охлаждением водой.
Звёздочка на 22 зуба была проточена под наружный диаметр трубы с очень плотной посадкой. Настолько плотной, что при набивании была срезана часть поверхности трубы (трубы никогда не бывают идеально круглыми) и вполне можно было обойтись и без сварки. При расточке звёздочки, чтобы не повредить кулачками зубья и точно отцентрировать звёздочку по оси, пришлось точить промежуточную алюминиевую оправку. Расточка звёздочки очень большая: тела осталось всего несколько мм (хорошо видно на фотографии). Поэтому при сварке точки делались очень аккуратно, чтобы не повредить беговую дорожку и не помешать цепи свободно насаживаться на зубья.
Отжимной ролик цепи выточил из фторопластового кругляка, с посадкой на пром. подшипник. Регулировка простейшая: на кронштейне из полосы имеется несколько посадочных отверстий. Для прямоточной фиксированной цепной передачи, я думаю, такого ролика вполне хватит. Может быть, позже изваяю более сложную подпружиненную регулировку, но пока так…
Передняя подвеска. Вертикальная, с Т-образным основанием. Основа – шлицевое соединение, в которое вставлены две пружины. Нижняя пятка шлицевой втулки крепится подковообразными шпильками к горизонтальной перемычке (труба ½ дюйма), которая своими концами вставляется в лыжные втулки. Именно втулки позволяют быстро демонтировать лыжи (крепление – осевым болтом с упорной шайбой), а также независимо вращаться каждой лыже относительно друг друга, описывая рельеф местности.
Впоследствии предполагается изготовить несколько поперечин разной длины, что позволит на укатанной снежной поверхности значительно расширить колею (до 800 мм и более) и улучшит устойчивость. Это будет очень актуально при спусках с горок.
Рулевое управление. Изначально хотел повторить свой опыт с трайком и применить рычажную систему тяг с использование переточенных и сильно облегчённых автомобильных шаровых тяг. Но уже практически готовый образец забраковал, т.к. всё это «хозяйство» ну никак не умещалось в отведённом для него месте. Дело в том, что стойка рулевого управления находится в зоне вращения педалей, где требуется достаточное пространство для ног. А при повороте рычаги неизбежно выпирали под ступни ног и мешали либо повороту, либо педалированию. Поэтому было решено использовать цепную передачу с передней более компактной звёздочкой на 18 зубьев и задней на 22 зуба. При этом пришлось делать механизм натяжения цепи, т.к. при малейшем прослаблении горизонтально расположенная цепь начинала провисать и соскакивать с зубьев передней звёздочки. То, что вполне допустимо для вертикально расположенной цепи, совершенно недопустимо для горизонтальной (в противном случае необходимо ставить поддерживающие усики).
Рулевые рычаги вместе со звёздочкой посажены и заварены на опорную втулку, которая вставляется в палец плавающего стакана. Стакан надевается на раму и зажимается в верхней части шпилькой (см. фото).
Рулевые рычаги изготовлены из цельнотянутой водопроводной трубы диаметром ½ дюйма (В=3,5). В центральной части и на оголовках толщина стенок оставлена базовой (под сварку), в остальных местах она проточена до 1 мм (со сварной трубой я бы такой наглости себе не позволил). Проточенные части трубы должны быть тщательно отшлифованы, чтобы не остались кольцевые концентраторы напряжения. Потом вовнутрь трубы с натягом (со смазкой) забит деревянный пруток (от детского манежа) диаметром 15,2 мм. Получилась своеобразная сэндвич-конструкция с жёсткой наружной оболочкой и внутренним лёгким наполнителем. Использование подобной технологии позволило уменьшить массу П-образной рукоятки на 0,4 кг. Понятно, что трудоёмкость изготовления зашкаливает, но зато полученный результат налицо!
Колёса.Оказалось, что купить два банальных стальных колеса на 575 мм со спицовкой и задним стаканом на огромной «Барабашке» - большая проблема! Алюминиевых полно, стальных нет. Минут тридцать ждал, пока что-то там разукомплектовали и достали. А стальные нужны для того, чтобы можно было приварить к ободу стальную полосу на 50 мм (В=2). Ставил капельки сварки с двух сторон напротив спиц, предварительно поджав ленту струбцинами. После обработки финишного стыка нарезал и поприваривал поперечные упорные рёбра (реборды). Колёса просты по конструкции и на вид, но весьма трудоёмки в изготовлении, требуют усидчивости. Особенно трудно было приваривать стальную ленту к очень тонкому ободу колеса, несколько раз прожёг дырку (у меня сварка электродами, на 100 А), которые потом заваривал подкладками.
Сидение.Сидение делал по уже традиционной для себя технологии, с использованием алюминиевого листа со старого промышленного холодильника. После вырезания профиля насверлил по периметру отверстий с шагом в 10 мм и отогнул бортик. Затем наклеил листовой поролон (В=40) с дивана, предварительно подрезав его на местах изгиба. Верхняя обшивка – из шубного меха серо-голубого цвета («Гран-Текстиль», 170 грн./м). Прошивка – чёрной сапожной ниткой по отверстиям (обязательно – со снятой фаской, чтобы не секло нитку!). Сиденье-лежак крепится в нижней части в 6 точках на двух кронштейнах из уголка-двадцадки.
К верхней части сидения крепится небольшая полурама из стальной полосы, которая придаёт жёсткость алюминиевому листу в лопаточной части, а также служит для крепления опорных кронштейнов к раме. Впоследствии предполагается дополнительно установить съёмный подголовник.
ХОДОВЫЕ КАЧЕСТВА.Первый выезд, первое ночное испытание прошло 7 февраля 2015 г. Накануне прошёл обильный снегопад, температура – около нуля градусов, с крыш капало. Кое-как (ещё не приноровился) вытащил свой квадрик из мастерской, плюхнул его в снег, уселся, поставил ноги на педали и…
- Полный облом! Не едет!! В смысле АБСОЛЮТНО!!!
Было ощущение, что вот-вот порву цепь или погну шатуны, но он даже не шелохнулся! Потом немножко поелозил, опираясь ноками, взад-вперёд. И поехал, но только на длину укатанного участка. Расстроился… Потом, дай думаю оттащу его на верхнюю площадку, где паркуются и разворачиваются машины. На утрамбованном снегу самостоятельно тронуться тоже было трудно. Было такое ощущение, что лыжи намертво приклеиваются к снегу! Потом немного поелозил туда-сюда (как у бобслеистов) и с толчка поехал, быстро переключившись на педали.
Ура! Еду!.. На первой передаче и в натяг, но еду!.. Затем выехал за ворота и попробовал по внутренней дворовой дороге. Ага тут уже полегче. Если хорошенько разогнаться, то можно сравнительно неплохо катить. Правда, при этом стоял непривычный шелест, скрип ледяной крошки, гулкое «трррррррр» от задних металлических колёс. Такое ощущение, что за автомобилем тащили волоком старый металлический холодильник. Проехав несколько сот метров, заметно упрел. Ориентировочно затраты энергии в сравнении с колёсным трайком (летом по чистому асфальту) как минимум в 3-5 раз выше. Самое обидное, что практически нет наката. Вот пока крутишь педали – едешь. Остановился – и через несколько метров встал. А трогаться с места тяжело. Управляемость удовлетворительная, но далека от той, что имеют колёсные ТС на асфальте (размазанные, нечёткие). Всегда надо поворачивать лыжи на несколько больший угол, чем надо повернуть. И поворачивать несколько раньше, т.к. всегда происходит некоторый занос лыж в повороте, а его величину не всегда можно точно определить. Но благодаря умеренной скорости подруливание и крутые повороты достаточно просты, необходимо только приноровиться.
ПЕРСПЕКТИВЫ.Первые выводы таковы. Изначально неверно были установлены передаточные числа трансмиссии, ориентированные больше на достижение максимальной скорости, а никак не на минимальную. Первая моя модернизация как раз и будет направлена на улучшение стартовых возможностей квадрика.
Второе моё упущение, связанное с крайне малым практическим опытом – недооценка степени важности подготовки деревянных лыж при температуре эксплуатации около нуля градусов (самая критическая температура). Глубокий рыхлый талый снег труден даже для пешего лыжника, который вынужден передвигаться не скольжением, а «переступанием». Для сидячего квадроцикла в этом режиме нужен либо ДВС, либо сверхтракторные передачи, которые обеспечат скорость в 2-3 км/ч при кадансе 60-80.
Перспективы таковы, что на уплотнённом снежном основании лыжный снегоход всегда будет проигрывать колёсному трайку или квадроциклу. А на лёгком (рыхлом) основании, где лыжи проявят себя максимально и пройдут там, куда колёсная техника даже и не сунется, потребуется очень высокая физическая нагрузка с передвижением буквально на сотни метров. Либо путешествие (прокладка трассы для лыжников-спортсменов) с изначально очень низкой скоростью в пределах 1-3 км/ч.
Ещё немаловажный момент. Колёсный снегоход к месту может добраться самостоятельно, тогда как лыжный – в автомобильном прицепе. Редко у кого есть возможность жить на окраине города или деревни.
Идеальный вариант педального лыжного снегохода – это аппарат, предназначенный для горно-лыжного спуска при наличии подъёмников (с зацепляемым крючком). В этом случае колёсный привод необходим лишь для подъезда, разворота у края площадки подъёмника. Тогда как весь процесс спуска будет проходить исключительно на лыжах, без педалирования. Разумеется, что потребуется совершенно новая конструкция снегохода: с клеткой безопасности (дугами), с активной независимой наклоняющейся подвеской и ходом подвески не менее 200 мм.
В ЗАКЛЮЧЕНИЕ.Свой первый трайк я доводил до ума три года: менял рулевые тяги, шаровые, углы наклона в повороте, передачи трансмиссии, шатуны. Причём, некоторые узлы переделывал по 7 раз. Переделывал, пока не достиг оптимального идеала. Поэтому я ни в коей мере не рассчитывал с нуля и сразу создать совершенный снегоход. Грядёт долгая доводка, модернизация, новое осмысление и т.д. Основные позиции ясны, первый практический опыт получен. Будем ваять дальше. И, может быть, уже следующей зимой я проведу совместные сравнительные испытания снежного квадроцикла и трайка на проходимость, управляемость, энергопотребление… Ведь всё познаётся в сравнении!
Читал про педальные снегоходы. Ещё больше смотрел на красивые фотки, размещённые на форуме. Но меня всегда смущало практически полное отсутствие какой-либо достоверной информации об этих конструкциях. И вот теперь у меня есть свой ходовой прототип, свои ощущения, свой опыт. И со всем этим я готов поделиться с друзьями и единомышленниками. Как физически (для харьковчан), так и виртуально (через текущие отчёты). Ведь Харьков – велостолица Украины!